HAL Id: tel-02058710
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02058710
Submitted on 6 Mar 2019
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci-entific research documents, whether they are pub-lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
microscopie 3D et application à la dermo-cosmétique
Sophie Abadie
To cite this version:
Sophie Abadie. Caractérisation d’un explant de peau humaine par microscopie 3D et application à la dermo-cosmétique. Dermatologie. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2018. Français. �NNT : 2018TOU30012�. �tel-02058710�
Je tiens tout d’abord à remercier Bernard Ducommun pour m’avoir accueillie au sein de l’ITAV, pour son suivi, son exigence, ses conseils au cours de ma thèse et aussi pour ses commandes de poulets.
Merci à Philippe Bedos pour avoir initié et insisté pour ce projet ainsi que d’avoir cru en moi. Merci pour ta confiance et mon intégration dans la société Syntivia et pour les blagues de chimiste.
Je remercie tout particulièrement Jacques Rouquette qui m’a supporté au quotidien. Merci pour nos échanges, tes conseils, ton implication, ta pédagogie, ton aide, le rugby pour me venger et tout ce qui fait de toi le meilleur encadrant de thèse.
J’exprime toute ma gratitude à Michel Simon pour avoir accepté d’être le président de mon jury de thèse ainsi que pour ses conseils. Je remercie chaleureusement mes rapporteurs Muriel Cario-Andre, Romain Debret et Marie-Laure Follet-Gueye ainsi que mes examinateurs Bernard Ducommun et Philippe Cochard. Je remercie Karl Lintner pour son intérêt et ses conseils avisés sur le projet. Merci à Alain Jauneau et Karine Groenen Serrano d’avoir accepté d’être mon comité de thèse.
La réussite de cette thèse vient de votre encadrement juste ainsi que de mes nombreux collègues. Merci à Marine de tout cœur pour ton implication, ton encouragement et pour ton aide scientifique et amicale pailleté ; Sarah pour avoir pensé au remerciement ainsi que ton humeur de chat chinois qui pédale dans la cave avec moi et pour nos trajets ; Céline pour tes blagues, ta bonne humeur, le cha cha cha des tons et tes conseils de chimiste; Claire pour tes conseils en biologie, marketing, anglais et ton sourire ; Tony pour ta gentillesse, tes explications de chimiste et tes pâtisseries ; Laure pour toutes les lois diverses et variées et Orianne pour les conseils ADN.
Merci à la direction de Sollice Biotech d’avoir accepté le projet et à Emilie pour nous faire découvrir l’extraction végétale et Clémence la formulation. Un grand Merci à la société Genoskin fournisseur officiel numéro 1 de peau de vielle ou pas. Merci à Pascal pour ces nombreux conseils et pour les parties de rugby ; Claire pour avoir partagé les galères de thèse, les soirées et les balades à poney ; Anthony pour tes conseils et ta gentillesse ; Emelyne pour ta disponibilité pour toutes les commandes et toute l’équipe souriante et disponible de Genoskin.
Merci à mes collègues de Bureau, Martine pour les photos, les paniers, ton caractère unique et tout ton savoir ; Lise pour les séries et les nombreux papotages et Théo pour ton sourire journalier.
Merci à mes collègues d’imagerie, Corinne pour ton soutien, tes conseils scientifiques et de tour operateur ; Lise pour le partage du Macro-Spim ; Mathieu pour ton secours informatique et Aurore pour ton œil de physicienne.
Merci à tous ceux qui m’ont aidé de prêt ou de loin, Valérie pour tes conseils, Odile pour la biologie, Ludivine pour le défilé de mode et ton sourire, Mathieu avec ton superbe protocole, Rémi pour la vie du laboratoire, Camille pour les papiers, Yann pour l’informatique, la team mathématique et tant d’autres. Mes remerciements s’adressent donc à toutes les personnes de l’ITAV privé et publique pour leur savoir vivre et leur présence au quotidien.
Je remercie chaleureusement mon entourage personnel pour leur encouragement et leur soutien. Un merci particulier à mon chéri pour son aide et pour me supporter au quotidien. Un grand merci à ma mère prodigue fétiche multifonction et fan inconditionnelle. Et quand même merci à mes animaux, licorne, poney, chevaux, chèvre, chiens, poules and Co pour leurs écoutes attentives sans réponses.
1
Liste des abréviations 7
Liste des figures 10
Liste des tableaux 12
INTRODUCTION GENERALE 13
CHAPITRE I. La peau humaine 15
I.1 La structure générale 15
I.1.1 Les annexes cutanées 15
I.1.1.1 Le follicule pileux 15
I.1.1.2 Les glandes sébacées 16
I.1.1.3 Les glandes sudoripares apocrines 17
I.1.1.4 Les glandes sudoripares eccrines 17
I.1.2 L’hypoderme 17
I.1.3 Le derme 17
I.1.4 La jonction dermo-épidermique 18
I.1.5 L’épiderme 19
I.1.5.1 La couche basale 19
I.1.5.2 La couche épineuse 20
I.1.5.3 La couche granuleuse 21
I.1.5.4 La couche cornée 21
I.2 Les fonctions physiologiques de la peau 22
I.2.1 La gestion de l’hydratation 23
I.2.2 La régulation thermique 23
I.2.3 Un organe sensoriel 24
I.2.4 La résistance aux chocs physiques 25
I.2.5 Une barrière protectrice 25
CHAPITRE II. Le vieillissement cutané 26
II.1 Les différents types de vieillissement cutané 26
II.1.1 Le vieillissement chronologique 26
II.1.2 Le vieillissement extrinsèque 28
II.1.2.1 L’intoxication tabagique 28
II.1.2.2 La pollution 28
2
II.2 Les effets biochimiques et tissulaires 30
II.2.1 Les effets communs du vieillissement cutané 30
II.2.1.1 L’accumulation d’espèces réactives de l’oxygène 30
II.2.1.2 Les altérations de l’ADN 31
II.2.1.3 La glycosylation spontanée, non enzymatique des protéines 31
II.2.1.4 L’oxydation des protéines 32
II.2.1.5 La dégradations des fibres dermiques 32
II.2.1.6 La lipoperoxydation 32
II.2.2 Les altérations spécifiques du vieillissement chronologique 32
II.2.3 Les altérations spécifiques du vieillissement extrinsèque 35
II.2.3.1 Les effets du tabac 35
II.2.3.2 Les effets de la pollution 36
II.2.3.3 Les effets des UV 37
II.2.3.3.1 La création de photoproduits et d’altération de l’ADN 37
II.2.3.3.2 Les altérations des kératinocytes 39
II.2.3.3.3 La dégradation de la matrice extracellulaire 39
II.3 Les systèmes de défenses endogènes 40
II.3.1 Les molécules antioxydantes 40
II.3.2 Le piégeage des ions métalliques 42
II.3.3 La réparation de l’ADN 43
II.3.4 La sénescence et la mort cellulaire 44
II.3.5 Systèmes de défense endogène contre les UV : La mélanogénèse 45
II.4 Les traitements préventifs et curatifs 46
II.4.1 Les traitements spécifiques du vieillissement chronologique 47
II.4.1.1 Traitement préventif : L’hygiène de vie 47
II.4.1.2 Les traitements curatifs anti-âge et oestrogénothérapie 47
II.4.1.3 Les traitements chirurgicaux 48
II.4.2 Les traitements spécifiques du vieillissement extrinsèque 48
II.4.3 Les traitements spécifiques du photovieillissement 49
II.4.3.1 Hygiène et mode de vie : la prévention 49
II.4.3.2 Les produits solaires 49
II.5 Les maladies liées au vieillissement prématuré 51
3
CHAPITRE III. L’absorption cutanée 54
III.1 Introduction et définitions 54
III.2 Les différentes voies de pénétration 56
III.3 Les facteurs influençant l’absorption cutanée 57
III.4 L’évaluation de la pénétration d’un composé 60
III.4.1 La cellule de diffusion 60
III.4.2 L’imagerie 61
III.4.3 La technique du tape-stripping 62
CHAPITRE IV. Les techniques d’études de la peau 63
IV.1 Les modèles biologiques cutanés 63
IV.1.1 Les modèles cutanés in vivo 63
IV.1.1.1 Le modèle animal 64
IV.1.1.2 Les études cliniques sur volontaires 65
IV.1.2 Les modèles cutanés in vitro 66
IV.1.2.1 La culture cellulaire en monocouche 66
IV.1.2.2 Les substituts de peaux 67
IV.1.3 Les modèles cutanés ex vivo : l’explant de peau 69
IV.1.4 Le choix du modèle cutané 70
IV.2 L’imagerie 71
IV.2.1 L’imagerie en 2D de la peau 71
IV.2.1.1 La préparation de l’échantillon 71
IV.2.1.2 La microscopie optique champ large 72
IV.2.1.3 La microscopie électronique à transmission 73
IV.2.2 L’imagerie en 3D de la peau 74
IV.2.2.1 La préparation de l’échantillon 75
IV.2.2.1.1 La transparisation 75
IV.2.2.1.2 L’autofluorescence et marquage spécifique 77
IV.2.2.2 La Tomographie à Cohérence Optique 78
IV.2.2.3 La microscopie confocal 78
IV.2.2.4 La microscopie biphotonique 79
4
OBJECTIFS DE LA THESE 82
PARTIE 1 - Caractérisation d’un explant de peau humaine par microscopie 3D 83
I. Observation de peaux saines et pathologiques par LSFM 83
II. Article I : 3D Imaging of Cleared Human Skin Biopsies Using Light-Sheet
Microscopy 85
III. Résultats complémentaires : Observation des altérations de la peau
induites par un stress extérieur 104
III.1 Dommages causés par une brûlure 105
III.2 Détérioration de la peau par un détergent 107
III.3 Effet d’une irradiation UVB et UVA sur explant de peau 109
IV. Conclusion et discussion partie 1 111
➢ Est-il possible d’observer un explant de peau en 3D et en profondeur
grâce à la méthodologie développée ? 111
➢ Cette méthodologie est-elle adaptée pour évaluer les effets
des agressions extérieures ? 113
PARTIE 2 - Caractérisation et protection des effets des UVA sur un modèle
de peau ex-vivo 116
I. Détermination de la dose d’irradiation du modèle « explant UVA » 117
II. Etude des effets des UVA et de sa protection sur explant de peau 122
III. Article 2 : A skin explant model to evaluate protective effect
of dermo-cosmetic compounds against uva damage 123
IV. Résultats complémentaires 143
IV.1 Etude de l’épiderme 143
IV.1.1 Analyse de l’épaisseur de l’épiderme 143
IV.1.2 Observation de protéines de la différenciation
épidermique 144
IV.2 Analyse du Derme 148
IV.2.1 Observation de la structure du derme 148
IV.2.1.1 Analyse par microscopie champ large 148
IV.2.1.2 Analyse par microscopie biphotonique 150
IV.2.1.3 Analyse ultrastructurale 151
IV.2.2 Analyse de l’activité enzymatique des protéases
5
V. Conclusion et discussion partie 2 154
➢ Les caractéristiques du modèle « explant UVA » sont-elles
Comparables au photovieillissement in vivo ? 154
➢ Quels sont les avantages et les inconvénients du modèle cutané
d’explant de peau humaine ? 158
➢ Le modèle est-il adapté pour cribler l’effet de nouvelles molécules ? 158
➢ Quel est l’apport de la microscopie 3D dans l’analyse ? 159
➢ Quelles sont les perspectives d’utilisation de cette méthodologie ? 160
PERSPECTIVES GENERALES 162
MATERIELS ET METHODES 164
I. Explant de peau humaine 164
II. Dommages extérieurs appliqués sur les explants 164
II.1 Brulure à l’eau chaude 164
II.2 Exposition au SDS 164
II.3 Exposition unique aux UVA 165
II.4 Exposition unique aux UVB 165
II.5 Irradiation répétée aux UVA 165
II.6 Exposition aux ROS par réaction enzymatique 166
III. Traitements 166
III.1 Traitement par la protection solaire 166
III.2 Traitement par les molécules de la société Syntivia 167
III.3 Mesure de l’absorbance des molécules 167
IV. Méthode de transparisation et imagerie 3D 167
IV.1 Coloration avant transparisation 167
IV.2 Transparisation 168
IV.3 Immunomarquage 3D 168
IV.4 Microscopie à feuille de lumière (LSFM) 168
IV.5 Analyse de l’épiderme et du derme par microscopie confocale
et biphotonique 169
IV.6 Analyse d’image en 3D 169
6
V. Méthode sur coupe de paraffine 170
V.1 Inclusion en paraffine 170
V.2 Coloration histologique 170
V.3 Immunomarquage 2D 171
V.4 Essai Tunel 172
VI. Méthode sur cryocoupe : Zymographie in situ 172
VII. Microscopie électronique à transmission 172
VIII. Analyses statistiques 173
REFERENCES 174
7 2D, 3D Deux Dimensions, Trois Dimensions
ACTH AdrenoCorticoTropic Hormone ADN Acide DésoxyriboNucléique AP-1 Activator Protein-1
AhR Arylhydrocarbone
AMM Autorisation de Mise sur le Marché AMPc Adénosine MonoPhosphate cycline
ARE Antioxydant Responsive Element
ARNm ARN messager
BER Base Excision Repair
Bp Biphoton
CDB Cassure Double-Brin
CMTMR 5and6-4chlorométhylbenzoylaminotetramethyl-Rhodamine
COL Collagène
CPD Cyclobutane Dimères de Pyrimidine
CSB Cassure Simple-Brin
CUBIC Clear, Unobstructed Brain/Body Imaging Cocktails and Computational analysis
DBE DiBenzylEther
DCM Dichloromethane
EGF Epidermal Growth Factor
ELISA Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay
ELN Elastine
GFP Green Fluorescence Protein
HPLC High Pressure Liquid Chromatography HREM High-Resolution Episcopic Microscopy
IL Interleukine
INV Involucrine
IP Indice Protection
8
KRT Kératines
kDa kilodalton
L-DOPA L-Dopamine
LOR Loricrine
LOX Lysyl oxidase LOXL Lysyl oxidase-like
LSFM Light Sheet Fluorescence Microsocpy MAPK Mitogen-Activated Protein Kinase
MC Microscope Confocale
MEC Matrice ExtraCellulaire MED Minimale Erythema Dose
MET Microscopie Electronique à Transmission MITF MIcrophthalmia-associated Transcription Factor MMP Matrix Metalloproteinase
MSH-α Melanocyte Stimulating Hormone alpha NER Nucleotide Excision Repair
NFκB Nuclear Factor kappa B NHEJ Non Homologous End-Joining
NHEK Normal Human Epidermal Keratinocyte NMF Natural Moisturizer factor
O2 Oxygène
O2°- Anion superoxyde
1O2 Oxygène singulet
OCT Tomographie à cohérence optique
°OH Radical hydroxyle
O/W Oil in water
PAM Peptide antimicrobien
Pb Paire de bases
9 POMC Proopiomélanocortine
qPCR Quantitative Polymerase Chain Reaction RAR, RXR Retinoic Acid Receptor, Retinoic X Receptor
RHE Reconstructed Human Epidermis
RI Refractive Idex
ROS Reactive Oxygen Species
RT Rétrotranscription
SeeDB See Deep Brain
SASP Senescence-Associated Secretory Phenotype
SBC SunBurn Cell
SDS Sodium Dodecyl Sulfate
SED Standard Erythema Dose
SPF Sun Protect Factor
SPIM Single Plane Illumination SPRR Small Proline-Rich protein
SOD SuperOxyde Dismutase
TCR Transcription-Coupled Repair TEWL TransEpithelial Water Loss
TGF Transforming Growth Factor
THF TetraHydroFuran
TIMP Tissue Inhibitor of MetalloProteinase
TNF Tumour Necrosis Factor
TTD Trichothiodystrophie
TUNEL TUnel deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP-biotin Nick End Labeling
UCA Urocanic Acide
UV Ultraviolet
VEGF Vascular Endothelial Growth Factor
W/O Water in oil
10
Figure 1 : Anatomie générale de la peau 15
Figure 2 : Structure du follicule pileux 16
Figure 3 : Structure et interactions moléculaires de la jonction dermo-épidermique 18
Figure 4 : Structure et composition protéique de l’épiderme 19
Figure 5 : Caractéristiques du vieillissement chronologique 27
Figure 6 : Espèces réactives de l’oxygène 31
Figure 7 : Comparaison de l’épiderme (a) d’une peau jeune et (b) d’une peau âgée 33
Figure 8 : Comparaison du microrelief entre une peau jeune et une peau âgée 33
Figure 9 : Remodelage de la matrice extracellulaire avec l’âge 34
Figure 10 : Effets délétères observés dans les peaux de fumeurs 35
Figure 11 : Les effets délétères des UV sur la peau 37
Figure 12 : Absorption de rayons UV par les chromophores 38
Figure 13 : Induction de dommages de l’ADN par les UV 39
Figure 14 : Les caractéristiques d’une cellule sénescente 44
Figure 15 : Activation de la mélanogénèse par les UV 45
Figure 16 : Processus de pénétration d’un composé dans la peau 55
Figure 17 : Les différentes voies de pénétration d’une molécule dans l’épiderme 56
Figure 18 : Schéma d’une cellule de diffusion 61
Figure 19 : Exemple de modèles cutanés in vivo 63
Figure 20 : Différents modèles cutanés in vitro 66
Figure 21 : Formation d’un épiderme reconstruit 68
Figure 22 : Modèle Nativeskin® 70
Figure 23 : Microcopie électronique à transmission du collagène. 74
11
Figure 25 : Schéma de comparaison entre la microscopie un photon du MC et
de l’optique non linéaire du BP 80
Figure 26 : Principe de la microscopie à feuille de lumière 81
Figure 27 : Observation d’une brûlure à l’eau chaude sur explant de peau par LSFM 106
Figure 28 : Observation d’un explant de peau traité au SDS par LSFM 108
Figure 29 : Observation d’un explant irradié aux UVB ou UVA par LSFM 110
Figure 30 : Marquage cytoplasmique et nucléaire d’un explant de peau par LSFM 112
Figure 31 : Méthodologie d’acquisition par LSFM pour observer la peau humaine 115
Figure 32 : Observation histologique et lésions de l’ADN sur un explant irradié
une fois aux UVA 119
Figure 33 : Observation histologique et lésions de l’ADN sur un explant irradié
3 fois aux UVA 120
Figure 34 : Observation histologique et lésions de l’ADN sur un explant irradié
4 fois aux UVA 121
Figure 35 : Quantification de l’épaisseur de l’épiderme 144
Figure 36 : Détection de la cytokératine 5 145
Figure 37 : Détection de l’involucrine 146
Figure 38 : Détection de la loricrine 147
Figure 39 : Analyse de la structure du derme 148
Figure 40 : Observation du collagène I et de l’élastine 149
Figure 41 : Visualisation du collagène et des fibres élastiques par BP in situ 150
Figure 42 : Analyse du derme par MET 152
Figure 43 : Zymographie in situ des protéases de la peau 154
12
Tableau 1 : Comparaison entre cornification et apoptose 22
Tableau 2 : Exemple d’antioxydants endogènes 41
Tableau 3 : Catégorie d’indice de protection solaire 50
Tableau 4 : Comparaison de l’épaisseur de la peau entre espèces 64
Tableau 5 : Comparaison des modèles cutanés 71
Tableau 6 : Comparaison des méthodes de transparisation 77
Tableau 7 : Excitation et émission caractéristique des fluorophores majeurs
de la peau 77
Tableau 8 : Exemple d’études des UVA sur modèles cutanés et volontaires
dans la littérature 118
Tableau 9 : Protocoles d’irradiation testés sur explant de peau 118
13 La peau protège le corps des agressions extérieures grâce à sa structure tridimensionnelle particulière. Organisée en une superposition de strates de cellules, elle constitue la première barrière protectrice de l’organisme. Au cours de la vie, la peau se détériore de manière chronologique mais aussi à cause de stress extérieurs. En effet le corps est exposé à la pollution, aux agressions physiques et chimiques ainsi qu’aux rayonnements solaires majoritairement (UV, visible et infrarouge). D’un point de vue clinique, les dommages sont visibles, par l’apparition ou l’accentuation des rides et des tâches de pigmentation de la peau. Les ultraviolets (UV) du soleil, constitués d’UVA et d’UVB, vont pénétrer dans la peau, et générer des lésions de l’ADN (cassures doubles et simple brin, modification de base, etc.) directement ou par l’intermédiaire d’espèces réactives de l’oxygène (ROS). Les cellules vont alors activer leur système de défense antioxydante et leur système de réparation des lésions de l’ADN. L’homéostasie du tissu est altérée à cause des dommages sur les macromolécules du tissu (protéines, lipides, glucides et ADN).
A l’inverse des UVB, l’implication spécifique des UVA dans la détérioration de la peau est peu définie. En effet le fort pouvoir énergétique des UVB, fait de lui le premier facteur d’intérêt. Cependant, les UVA semblent impliqués dans le vieillissement prématuré de la peau ainsi que dans les cancers cutanés, faisant de lui un facteur préoccupant pour la santé humaine.
Pour répondre à cette problématique, l’industrie pharmaceutique et dermo-cosmétique souhaitent améliorer la prévention et les soins en développant des produits adaptés contre les méfaits des UVA. Avant d’effectuer des tests sur volontaires, il est nécessaire de mettre en place des modèles cutanés pour des études in vitro ainsi que de développer des techniques d’analyse de la peau.
Nos travaux de thèse se proposent de répondre en partie à ce besoin, par la caractérisation d’un modèle d’explant de peau humaine soumise à des agressions cutanées. Nous avons plus particulièrement développé un protocole et une approche permettant d’étudier les effets des UVA ainsi que ceux d’agents apportant une protection sur la peau. La méthode mise au point consiste à irradier un explant avec des UVA pendant plusieurs jours afin de se rapprocher des conditions naturelles d’expositions. Nous proposons une approche originale d’analyse de ce tissu par microscopie en 3 dimensions (3D), plus particulièrement par de la microscopie à feuille de lumière, Light-sheet Fluorescence microscopy (LSFM).
14 Dans l’introduction de ce mémoire, je développerai la structure et les fonctions de la peau. Je mettrai plus particulièrement en avant les différents types de vieillissement cutané et notamment ceux causés par les UV. Je décrirai ensuite l’absorption cutanée permettant de comprendre les différentes possibilités de traitement de la peau. Je terminerai cette introduction par la présentation des modèles cutanés et des différentes techniques d’imageries existantes.
Dans la première partie des résultats expérimentaux, je présenterai l’adaptation de la LSFM à l’étude des structures de la peau humaine en 3D. J’exposerai ensuite son utilisation pour observer l’impact morphologique d’agressions extérieures et d’une pathologie épidermique. A partir des observations obtenues, la seconde partie portera sur l’étude approfondie des effets des UVA sur un explant de peau humaine. Je développerai plus particulièrement leur impact sur l’intégrité de l’épiderme et notamment sur les lésions de l’ADN des kératinocytes. L’application d’une protection solaire servira de référence dans le but de valider la méthode d’évaluation de l’effet protecteur de molécules contre les UVA. Je terminerai par la présentation de résultats permettant d’illustrer l’utilisation de ce modèle pour évaluer le pouvoir protecteur de nouvelles molécules.
15
CHAPITRE I. La peau humaine
La peau est l’organe les plus lourds du corps humain, soit 15% du poids total d’un adulte. La peau est constituée de l’hypoderme, du derme et de l’épiderme à sa surface (Figure 1). Ces différentes strates de cellules sont complétées par un système sensoriel, vasculaire et d’annexes cutanées liées à la pilosité de la peau. Sa structure complexe lui permet de remplir de multiples fonctions telles que la thermorégulation, le maintien de l’hydratation du corps, la propriété sensorielle et la protection de l’organisme contre l’environnement extérieur.
Figure 1 : Anatomie générale de la peau. (Adapté de Andrews’ Diseases of the Skin: Clinical Dermatology (10th
ed., p. 1), by W.D. James, T.G. Berger, and D.M. Elston, 2006, Philadelphia: Elsevier Saunders.)
I.1
La structure générale
I.1.1 Les annexes cutanéesLes annexes regroupent les glandes cutanées et les phanères (poil et ongles). Les glandes cutanées regroupent les glandes sébacées et les glandes sudoripares apocrines et eccrines. Elles sont insérées dans le derme.
I.1.1.1 Le follicule pileux
Le follicule pileux est composé du poil, de sa gaine épithéliale et du muscle arrecteur.
Nous retrouvons à la base du poil une cavité avec un tissu conjonctif très vascularisé, la papille folliculaire intégrée au sein du bulbe pileux. Il est constitué de cellules matricielles qui vont proliférer et progresser vers la surface de la peau pour donner les kératinocytes de la tige pilaire et la gaine épithéliale interne. Il y a également la gaine externe (infundibulum) qui dérive
16 d’une invagination tubulaire de l’épiderme et qui s’étend profondément dans le derme (Figure 2).
Le muscle arrecteur du poil est un muscle lisse qui est oblique. Sa partie inférieure s’insère sur la lame basale du follicule et sa partie supérieure sur la jonction dermo-épidermique. La contraction de ce muscle provoque la verticalisation du poil, connu sous le nom d’horripilation. Sous ce muscle nous trouvons une zone primordiale du poil, le bulge, où les cellules souches du poil sont stockées. La gaine du poil est reliée aux glandes sébacées et aux glandes sudoripares apocrines (Shimomura and Christiano, 2010).
Figure 2 : Structure du follicule pileux. (Erdoğan, 2017)
I.1.1.2 Les glandes sébacées
Les glandes sébacées sont le plus souvent annexées au poil. Les cellules qui constituent la partie sécrétrice sont appelées sébocytes. Ils se différencient de la périphérie de la glande vers son centre, se chargent alors progressivement de lipides et augmentent en volume. Le noyau devient pycnotique (condensation de la chromatine), la cellule est éliminée en totalité avec son produit de sécrétion. Le sébum riche en lipides (cholestérol, triglycérides, acides gras) va alors être sécrété vers la surface de l'épiderme pour former un film de protection contre le dessèchement de la peau et les infections bactériennes. La sécrétion est contrôlée par les hormones sexuelles (Mauro, 2008).
17 I.1.1.3 Les glandes sudoripares apocrines
Les glandes sudoripares apocrines sont annexées à la gaine du follicule pileux. Elles sont principalement situées dans la région axillaire et pubienne. Elles produisent et excrètent un soluté riche en protéines. Elles interviennent dans la thermorégulation du corps.
I.1.1.4 Les glandes sudoripares eccrines
Les glandes sudoripares eccrines sont réparties sur toute la surface de la peau et impliquées dans la régulation de la température. Chez l’homme, nous en comptons entre 2 à 5 millions (Cui and Schlessinger, 2015; Gray, 1918). Elles sont composées de cellules glandulaires cylindriques formant un conduit permettant d’excréter principalement de l’eau, des minéraux, du lactate et de l’urée. La portion sécrétrice se situe dans la partie profonde du derme alors que la partie excrétrice chemine dans le derme puis l’épiderme perpendiculairement à la surface de la peau et se termine par un pore (Kolarsick et al., 2011a).
I.1.2 L’hypoderme
L’hypoderme est un tissu sous-cutané conjonctif lâche, richement vascularisé et innervé. C’est la couche la plus profonde et son épaisseur varie selon la zone du corps. Il est composé d’adipocytes organisés en lobules maintenus par un tissu conjonctif. Ces cellules permettent le stockage de graisses, principalement des triglycérides et acides gras, servant de réserves énergétiques à l’organisme (Driskell et al., 2014).
I.1.3 Le derme
Le derme est un tissu conjonctif vascularisé, dense et élastique de 1 à 2 mm. Il est composé principalement de fibroblastes qui sécrètent une matrice extracellulaire (MEC).
Cette matrice est constituée de fibres (collagène et élastine principalement) baignant dans un liquide interstitiel (glycoaminoglycanes, eau, etc.). Pour assurer un équilibre entre la synthèse et la dégradation de cette matrice, les fibroblastes vont synthétiser des enzymes connus sous le nom de métalloprotéinases (MMP) qui vont pouvoir dégrader ces fibres. Elles vont également produire des inhibiteurs de ces enzymes, tissue inhibitor of metalloproteinases (TIMPs), pour créer un équilibre afin de répondre au besoin de l’organisme. Le derme s’organise en deux parties (i) le derme réticulaire, plus épais, est constitué d’un réseau volumineux de collagène de type I et de fibres élastiques matures. Il sert d’hébergement aux annexes cutanées et intervient dans l’absorption des chocs ; (ii) le derme papillaire situé directement sous l’épiderme. Il est
18 composé principalement de collagène de type I et III, de fines fibres oxytalanes et de fibrillines 1 et 2, perpendiculaire à l’épiderme (Debelle and Alix, 1999). Cette matrice riche en fibroblastes et en cellules immunitaires sert de support aux fibres nerveuses, capillaires sanguins et lymphatiques constituant un tissu nourricier pour l’épiderme (Naylor et al., 2011).
I.1.4 La jonction dermo-épidermique
La jonction dermo-épidermique (JED) se situe entre le derme et l’épiderme. Elle sert de support mécanique pour l’adhérence de l’épiderme au derme ; elle permet de déterminer la polarité des kératinocytes basaux ; elle contrôle les échanges moléculaires et cellulaires entre le derme et l’épiderme et enfin, elle sert de support pour les kératinocytes lors de la cicatrisation cutanée.
Elle comprend (i) la membrane cytoplasmique des cellules basales de l’épiderme (kératinocytes) qui est relié aux structures sous-jacentes par des hémidesmosomes, (ii) la
lamina lucida traversée par des laminines qui relient les cellules au derme, (iii) la lamina densa
constitué de lamines, collagène IV et protéoglycanes et (iiii) la zone fibrillaire qui contient des filaments d’ancrage de collagène de type VII (Figure 3) (Breitkreutz et al., 2009; Simpson et al., 2011).
Figure 3 : Structure et interactions moléculaires de la jonction dermo-épidermique. (MÉLISSOPOULOS and
19
I.1.5 L’épiderme
L’épiderme est un épithélium pluristratifié, kératinisé et avascularisé dont l’épaisseur varie de 0,05 mm à 1,5 mm. Il est principalement composé de kératinocytes qui vont se renouveler en permanence à partir d’une assise germinative basale. Ces cellules suivent un programme de différenciation jusqu’à aboutir à la formation d’une barrière composée de cellules mortes anucléées et aplaties en 14 jours. L’évolution de ces cellules mortes jusqu’à leur élimination prendra 14 jours de plus. Au cours de ce processus, leur morphologie évolue et va se distinguer en 4 couches (Figure 4) (Laplante, 2002).
Figure 4 : Structure et composition protéique de l’épiderme (Simpson et al., 2011)
I.1.5.1 La couche basale
La couche basale ou strate germinative est composée d’une seule assise de kératinocytes mitotiquement actifs. Ces cellules ont la capacité de se diviser afin d’assurer le renouvellement cellulaire de l’épiderme. Les cellules filles se différencient pour donner les strates supérieures de l’épiderme. Elles ont une forme cubique qui exprime spécifiquement les kératines 5 et 14, et des laminines, fibrilles et intégrines qui permettent de relier les kératinocytes aux hémidesmosomes de la jonction dermo-épidermique et les jonctions adhérentes aux desmosomes des cellules adjacentes.
20 La couche basale est constituée de mélanocytes qui représentent 5% de la population cellulaire épidermique. Ils sont spécialisés dans la synthèse de mélanine, pigment naturel de la peau et des poils, dont ce processus est appelé la mélanogénèse.
La mélanine est issue de la conversion de la L-tyrosine en L-3,4-dihydroxyphénylalanine (L-DOPA) qui est oxydée en dopaquinone. Ces étapes sont catalysées par la tyrosinase.
A partir de cette étape nous distinguons deux types de mélanines (i) l’eumélanine de couleur noir-brun et (ii) la pheumélanine de couleur jaune-rouge.
Les prolongements dendritiques des mélanocytes transfèrent la mélanine aux kératinocytes voisins sous forme d’organites appelés mélanosomes. La mélanine a pour fonction de protéger le matériel génétique des noyaux des kératinocytes contre les rayonnements ultraviolets (Wulf et al., 2004a).
Cette pigmentation de la peau et des poils définit la réactivité de la peau au soleil et est classée par phototype (Del Bino and Bernerd, 2013; Fitzpatrick, 1988):
-Phototype 1 : Peau très claire avec taches de rousseur et cheveux blonds ou roux. -Phototype 2 : Peau claire et cheveux blonds ou châtains.
-Phototype 3 : Peau claire et cheveux châtains.
-Phototype 4 : Peau mate et cheveux châtains ou bruns. -Phototype 5 : Peau foncée et cheveux bruns.
-Phototype 6 : Peau noire et cheveux bruns.
I.1.5.2 La couche épineuse
La couche épineuse ou stratum spinosum est composée de 5 à 6 assises cellulaires. Elle doit son nom à l’aspect « épineux » que prennent les kératinocytes du fait de la présence de nombreux desmosomes reliés entre eux par des tonofilaments (filaments intermédiaires de kératines 1 et 10). Les protéines de la plaque desmosomiales et les éléments du cytosquelette sont contrôlés par des kinases et phosphatases membranaires qui dépendent des ions calcium. Cette structure permet une grande résistance mécanique. Ces cellules de forme polyédrique évoluent vers une forme plus aplatie et élargie.
21 I.1.5.3 La couche granuleuse
La couche granuleuse ou stratum granulosum est constituée de 1 à 3 assises de kératinocytes s’aplatissant avec un noyau ovale. Il y a deux types de granulations, (i) les grains de kératohyaline contenant la profilaggrine et (ii) les corps lamellaires d’Odland provenant de l’appareil de Golgi contenant différents lipides et enzymes. La différenciation des kératinocytes est contrôlée par l’augmentation de la concentration en calcium, induisant l’activation des protéines responsable de la différenciation terminale de l’épiderme dépendantes du calcium (Rinnerthaler et al., 2015a).
I.1.5.4 La couche cornée
La couche cornée est la couche la plus superficielle de l’épiderme et comporte entre 20 à 30 assises cellulaires. Elle est formée de cellules anucléées, aplaties, appelées cornéocytes. Ces kératinocytes sont considérés comme « morts » car ils ont perdu leurs noyaux et leurs organites. La membrane plasmique disparaît aussi pour laisser place à une coque protéique (composé de la loricrine et des protéines riches en prolines) extrêmement rigide appelée enveloppe cornée. Cette enveloppe sert également de support d’ancrage aux corps lamellaires qui vont déverser leur contenu lipidique dans l’espace intercornéocytaire, servant alors de ciment intercellulaire pour consolider la cohésion des cellules. Son revêtement lipidique (provenant des corps lamellaires et des annexes de la peau) va aussi protéger la peau des bactéries et maintenir son hydratation.
Le cytoplasme des cornéocytes se compose d’un maillage dense en kératines maintenues ensemble par les sous-unités de la filaggrine. Grâce à l’action des transglutaminases, le cytosquelette va être lié de façon covalente à l’enveloppe cornée, jouant ainsi un rôle de résistance mécanique majeur (Simpson et al., 2011).
Ce processus de changements morphologiques est appelé cornification. Longtemps comparé à l’apoptose, ces deux processus de mort cellulaire comportent des similarités (Tableau 1).
Leurs différences majeures résident dans (i) la dégradation de l’ADN, (ii) les protéines activées pour le mécanisme de mort cellulaire et (iii) l’élimination des cellules effectuées ici par desquamation permet de maintenir l’épaisseur de l’épiderme constante (Candi et al., 2005; Lippens et al., 2005). Lors de la desquamation, les cornéodesmosomes, jonctions intercellulaires des cornéocytes, sont dégradés par des enzymes, les kalikréines qui proviennent des corps lamellaires. Par frictions mécaniques, les cellules sont alors décollées.
22
Points communs Cornification Apoptose
Elimination des cellules sans altération tissulaire
Désintégration de l’ADN du noyau
Différences Cornification Apoptose
Elimination des cellules Desquamation Phagocytose
Elimination des organelles Lyse Encapsulation
Noyau Non Oui
Fragmentation/condensation de l’ADN Non Oui
Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labelling (TUNEL)
TUNEL - TUNEL +
Durée du processus 14 jours 20 min
Activation par le calcium Crucial Facultative
Enzymes activées Transglutaminases Caspase
Calpaïnes
Substrats des enzymes Loricrine
Kératines Filaggrine Involucrine … pRb ICAD Vinculine PARP… Tableau 1 : Comparaison entre cornification et apoptose
I.2 Les fonctions physiologiques de la peau
La description anatomique de la peau amène naturellement à présenter sa fonction essentielle de barrière physique, mécanique, chimique et immunologique.
La peau intervient dans le maintien de l’homéostasie du corps au niveau de son hydratation et de sa régulation thermique. La peau va également être un des supports d’interaction avec l’environnement par sa fonction sensorielle très sensible. Sa fonction principale est de former une barrière contre l’environnement extérieur pour protéger l’organisme.
23
I.2.1 La gestion de l’hydratation
L’eau est le constituant majoritaire de notre organisme et représente 60% du poids corporel d’un adulte. La régulation de l’hydratation de la peau est principalement assurée par le derme et la couche cornée.
Le derme intervient dans l’hydratation de la peau en stockant l’eau. L’eau provenant du système vasculaire va se lier à des macromolécules, telles que les protéoaminoglycanes et l’acide hyaluronique, qui constituent la substance fondamentale du derme. Le derme va alors retenir l’eau comme une éponge (Lee et al., 2016).
Les lipides (céramides, acide gras et cholestérol) présents dans l’espace inter-cornéocytaire forme un film hydrophobe. Ce film protecteur évite la dessiccation de la peau. Néanmoins la barrière hydrique de la couche cornée n’est pas absolue, il existe une perte trans-épidermique/insensible en eau minime, qui peut être augmentée lors de certaines pathologies (psoriasis, xérose et dermatite atopique) (Draelos, 2012).
Une partie de l’eau est attirée et retenue dans les cornéocytes grâce à un phénomène d’osmose et d’attraction par des éléments hygroscopiques intracellulaires regroupés sous le nom de facteur naturel d'hydratation ou Natural Moisturizing Factor (NMF). Ils proviennent de la dégradation de la filaggrine, présente dans la partie supérieure de la couche cornée. La filaggrine est protéolysée, pour donner d'une part des acides aminés, les NMF, qui permettent l'hydratation des couches superficielles de l'épiderme par la rétention d’eau. D'autre part l'acide urocanique qui absorbe les rayons UV (Bonté, 2011; Schwartz, 2016).
I.2.2 La régulation thermique
L’organisme doit maintenir une température interne de 37°C. La peau intervient comme premier acteur dans l’homéostasie thermique et produit ou évacue la chaleur. Les échanges thermiques entre notre organisme et l’environnement s’effectuent selon 4 mécanismes ; (i) le rayonnement de photons infrarouges, (ii) la conduction d’énergie thermique, (iii) la convection représentée par un brassage continuel de l’air sur la peau et (iv) l’évaporation hydrique. Par conséquent des mécanismes biologiques au sein des cellules vont être activés pour répondre au besoin thermique de l’organisme selon l’environnement extérieur. La régulation de la température est médiée par le système vasculaire du derme et les annexes. Par exemple lors d’une chaleur excessive, les glandes sudoripares eccrines sécrètent et excrètent la sueur de façon continue après stimulation du système nerveux sympathique par l’hypothalamus (Dreno
24 et al., 2014). L’hypoderme va lui aussi jouer un rôle dans le maintien de la température du corps en servant d’isolant thermique (Alexander et al., 2015).
I.2.3 Un organe sensoriel
La peau est un organe tactile grâce à son importante innervation. La peau réagit à de nombreux évènements/stimuli pour en informer le cerveau et conduire l’individu à des réactions adaptées à son environnement. Le rôle sensoriel de la peau s’exprime au travers de (Dreno et al., 2014). : - la sensibilité tactile ; La mécanoception désigne le système mécanorécepteur qui donne la capacité de percevoir le toucher par détection de vibration et de pression.
- la sensibilité aux phénomènes physico-chimiques (chaud, froid) ; Les thermorécepteurs interviennent dans la régulation de la température du corps par l’intermédiaire de la vascularisation du corps médié par le thalamus.
- la sensibilité nociceptive ; Les nocicepteurs sont les récepteurs à la douleur qui réagissent aux pincements, piqures, températures supérieures à 45°C ou inférieures à -20°C et aux algogènes.
La réponse à ces stimuli est médiée par différents types cellulaires.
Les disques de Merkel sont situés dans la couche basale de l’épiderme et dans la gaine externe du poil. Les cellules de Merkel sont des cellules ovales contenant (i) des filaments de kératines pour se lier aux kératinocytes environnant, (ii) quelques organites comme les ribosomes et (iii) un grand nombre de granules neurosécrétoires dans lesquels sont stockés des neuromédiateurs. Elles sont associées à des fibres nerveuses qui vont enregistrer les vibrations à l’intérieur de l’épiderme. Les mécanismes précis de neurotransmission sont encore peu connus (Boulais and Misery, 2007).
Les corpuscules de Meissner sont localisés au niveau de la papille dermique et rattachés à l’assise basale. Ils sont constitués d’un empilement de cellules de Schwann, sensibles aux vibrations à adaptation moyenne.
Les corpuscules de Pacini sont composés d’une fibre nerveuse entourée par les prolongements de cellules de Schwann en lamelles concentriques. Il est sensible aux pressions et vibrations, à adaptation rapide. Il se situe dans le derme.
Les corpuscules de Ruffini se situent dans le derme. Ils sont encapsulés et contiennent de nombreuses fibres de collagène et sont impliqués dans la perception de la pression et de la température (Zimmerman et al., 2014).
25
I.2.4 La résistance aux chocs physiques
La peau est exposée quotidiennement à des agressions physiques telles que des coupures, piqures, déformations, chocs, écrasements etc.... Grâce à sa couche cornée résistante et extensible, la peau réagit comme un bouclier. Les propriétés élastiques du derme permettent l’extension et l’élasticité de la peau. L’hypoderme joue le rôle d’amortisseur et absorbe les chocs.
I.2.5 Une barrière protectrice
L’épiderme et notamment la couche cornée, sert de barrière vis-à-vis de l’environnement extérieur protégeant ainsi les organes internes. L’enveloppe cornée, la cohésion et le ciment lipidique entre les cornéocytes forme une barrière protectrice contre les agressions extérieures comme la pollution, les produits chimiques, les allergènes, les pathogènes ou bien les rayonnements solaires (Park, 2015).
La peau empêche la pénétration d’agents infectieux (virus, champignons, bactéries) grâce à son pH acide et grâce à des protéines antimicrobiennes (PAM) (Wiesner and Vilcinskas, 2010). La plus connu est la psoriasine dont l’expression est modifiée dans deux pathologies de la peau très répandues, la dermatite atopique et le psoriasis (Gläser et al., 2011).
En cas de pénétration de pathogène, la peau possède un système de défense grâce à des cellules immunitaires résidantes dans l’épiderme et le derme. Nous trouvous notamment des cellules présentatrices d’antigènes, tel que les cellules de Langerhans et les cellules dendritiques. Celles ci vont interagir avec les lymphocytes T au sein du système lymphatique pour éliminer le pathogène de manière spécifique (Richmond and Harris, 2014).
26
CHAPITRE II. Le vieillissement cutané
Au cours de la vie, la peau est détériorée par deux phénomènes concomitants : D’une part par la détérioration naturelle et programmée, appelée vieillissement chronologique ou intrinsèque, qui est lié au passage du temps. D’autre part, par les dommages induits par des facteurs environnementaux (pollution, tabac, ultraviolets (UV), etc.) qui accélèrent le processus de vieillissement chronologique. Quand ces atteintes sont chroniques, on parle de vieillissement dit extrinsèque ou pour des expositions répétées aux soleils, de photovieillissement.
II.1 Les différents types de vieillissement cutané
II.1.1 Le vieillissement chronologique
Le vieillissement chronologique ou intrinsèque est lié à l’âge et à l’hérédité. Il atteint tout le corps, mais il est plus particulièrement visible sur la peau. Avec le temps, le matériel génétique des cellules est altéré (raccourcissement des télomères, mutations, modifications épigénétiques). La machinerie cellulaire est sollicitée tout au long de la vie. Avec l’âge, elle va s’affaiblir, ce qui entraine des défauts de communication intercellulaire, un dysfonctionnement des mitochondries, la diminution de la division cellulaire et d’autres phénomènes résumés en Figure 5 (Lopez-Torres et al., 1994).
Le vieillissement chronologique est caractérisé par un phénomène de détérioration génétique programmé. L’ADN de chaque espèce a une constitution spécifique et un niveau de réplication cellulaire déterminant son espérance de vie. Cette théorie découle d’observations de cultures cellulaires. Des fibroblastes et des kératinocytes en culture ont montré que l’espérance de vie des cellules est inversement proportionnelle à l’âge des donneurs (Gilchrest and Yaar, 1992; Thivolet and Schmitt, 1993). On peut ainsi corréler l’âge du donneur et la capacité de prolifération des cellules. Cette limite dépend du raccourcissement des télomères entrainant un ralentissement de la réplication. On appelle ce phénomène la limite de Hayflick (Hayflick, 1985). Les télomères, région terminale des chromosomes, sont composés de nucléotides répétés (TTAGGG) dont le rôle est de protéger l’ADN des chromosomes. La réplication des télomères est médiée par la télomèrase, qui est seulement exprimée dans les cellules germinales, hématopoïétiques et les cellules souches. Elle est faiblement exprimée dans les kératinocytes mitotiques et pas du tout dans les fibroblastes. Par conséquent, lors de chaque division cellulaire une partie du chromosome n’est pas répliquée par l’ADN polymérase.
27 Le télomère est alors raccourci de quelques bases (Sugimoto et al., 2006). A terme, le chromosome atteint une taille critique induisant l’entrée en sénescence réplicative (Buckingham and Klingelhutz, 2011).
Le génome et les marqueurs épigénétiques (méthylation/acétylation, modifications post-traductionnelles des histones, petits et longs ARN non codant, etc.) déterminent en partie le vieillissement chronologique. Ces marqueurs sont impliqués dans l’homéostasie de la cellule, dans l’expression de gènes et dans le remodelage de la chromatine. Au cours du temps, ces marqueurs épigénétiques subissent des altérations qui vont entrainer un mauvais fonctionnement de la cellule (Grönniger et al., 2010; Huidobro et al., 2013).
Au niveau protéique, on observe une diminution de la biosynthèse des protéines, des dysfonctionnements des mitochondries et des modifications de l’activité enzymatique entrainant l’accumulation d’espèces réactives de l’oxygène (Reactive oxygene species, ROS) (Höhn et al., 2017).
28
II.1.2 Le vieillissement extrinsèque
Certains facteurs environnementaux tels que le rayonnement solaire et la pollution ou comportementaux notamment, comme le tabac mais aussi une mauvaise hygiène alimentaire et le stress, favorisent le vieillissement cutané (Krutmann et al., 2014). Quand ces agressions sont chroniques, nous parlons de vieillissement extrinsèque qui amplifie le phénomène de vieillissement chronologique que nous venons de voir.
Le rayonnement solaire, et notamment les UV, est le principal facteur et est défini comme un vieillissement cutané spécifique : le photovieillissement, que j’aborderai plus en détails.
II.1.2.1 L’intoxication tabagique
Le tabac est le principal facteur comportemental ayant des effets néfastes sur la peau. En plus d’avoir un impact sur l’organisme en général, la consommation de tabac est associée à de multiples altérations dermatologiques. Le tabac est un facteur causant des défauts de cicatrisation, certains cancers et un vieillissement prématuré de la peau. La fumée, qui est directement en contact avec la peau, et la nicotine en sont les principaux responsables (Bernhard et al., 2007).
II.1.2.2 La pollution
Depuis quelques années, le terme « vieillissement environnemental » a fait son apparition. Il est le résultat de la pollution atmosphérique. La composition atmosphérique a évolué considérablement au cours des deux derniers siècles à cause de la pollution urbaine, de l’industrie et de l’agriculture. Les principaux polluants de l’air sont : l’ozone, le dioxyde d’azote, les particules en suspension, le dioxyde de souffre, les benzènes et les hydrocarbures. Les risques causés par la pollution varient selon le climat, la concentration, la durée d’exposition, l’absorption cutanée et la sensibilité des personnes (Krutmann et al., 2014). L’absorption percutanée des polluants par l’organisme dépend du polluant et de la taille de celui-ci. Le développement de modèles pour évaluer cette absorption est nécessaire pour évaluer les effets délétères et mettre en place des moyens préventifs.
29 II.1.2.3 L’exposition aux UV et photovieillissement
Le rayonnement solaire est indispensable à la vie. Certaines longueurs d’onde de ce rayonnement, ont des effets bénéfiques (fixation de la vitamine D, antidépresseur) mais aussi des effets néfastes par les UV principalement (brûlure, dégradation des cellules, etc.). Les effets négatifs à court terme sont les coups de soleil, les phénomènes de photosensibilisation à des molécules endogènes, la dégradation de la matrice extracellulaire et à plus long terme le vieillissement accéléré de la peau et l’induction de cancers cutanées. Le photovieillissement est aussi appelé vieillissement actinique (rayon en grec ancien). Les infrarouges et les rayons gamma participent également à ce vieillissement mais à un degré moindre (Schroeder et al., 2008). Je présenterai donc ici seulement l’effet des UV sur la peau.
Le rayonnement solaire est composé d’infrarouges, du spectre visible, des rayons gamma/X et des ultraviolets (UV). Il existe trois types d’UV : (i) les UVC (200-280nm), stoppés par la couche d’ozone de la stratosphère ; (ii) les UVB (280-320 nm) qui pénètrent jusque dans l’épiderme et qui représentent 5% des UV totaux (UVR) ; et (iii) les UVA (UVA2=320-340nm ; UVA1=340-400nm) qui pénètrent jusqu’au derme et qui composent 95% des UV. L’énergie des UV est exprimée en W/cm², J/m2 ou J/cm2(IARC, 1992).
La dose délétère pour la peau humaine est définie selon une unité de mesure appelé dose standard érythémateuse (standard erythema dose, SED) fixée à 100 J/m2 UVR. La SED permet
de définir la dose érythémateuse minimale (Minimal erythema dose, MED) tolérée par un individu (Robyn et al., 2006). La dose supportée par le corps humain varie principalement selon le phototype de la peau, définit par l’échelle de Fitzpatrick (Saint-Léger, 2015). Pour les phototypes clairs, la MED est proche de 3 SED et de 7 SED pour les phototypes mats.
Selon nos activités la SED à laquelle nous sommes exposées varie. Par exemple un employé de bureau, qui s'expose au soleil uniquement le week-end ou en vacances, reçoit chaque année l'équivalent de 200 SED alors que un travailleur extérieur reçoit entre 400 et 800 SED chaque année (Elvea Pharma).
L’exposition UV varie selon l’heure de la journée, la saison, l’altitude, la latitude géographique, le temps et la réflexion de surface (IARC, 1992). En moyenne, la quantité d’UVA est 10 fois plus importante que les UVB dans le rayonnement global solaire. Mais en termes d’effets biologiques, il faut 1000 fois plus d’UVA que d’UVB pour induire un érythème (Parrish et al., 1981). La MED pour les UVB est de 30 mJ/cm2 et de 50 J/cm2 pour les UVA1 (Tewari et al.,
30
II.2 Les effets biochimiques et tissulaires
II.2.1 Les effets communs du vieillissement cutané
II.2.1.1 L’accumulation d’espèces réactives de l’oxygène
L’accumulation et la production d’espèces réactives de l’oxygène intervient dans tous types de vieillissements cutanés et plus particulièrement dans le photovieillissement.
Pour le vieillissement intrinsèque, le ralentissement et la dégradation du fonctionnement des cellules induisent une accumulation de ROS. Ce phénomène est expliqué par la diminution de nos systèmes de défense antioxydante vis-à-vis des radicaux libres et par un dysfonctionnement de la chaine de transport des électrons de la mitochondrie, du peroxysome et du réticulum endoplasmique (Rinnerthaler et al., 2015b).
Les irradiations UVA/UVB forment des molécules électroniquement excitées, dites triplets, qui sont susceptibles de participer à des transferts de charge (type I) ou des transferts d’énergie (type II) pouvant activer l’oxygène ou la NADPH-déshydrogénase au niveau de la mitochondrie, créant alors des ROS. Les ROS sont des petites molécules qui ont un électron non apparié ou qui génèrent un dérivé de l’oxygène hautement réactif. Les ROS réagissent avec les lipides, les protéines et l’ADN entrainant des lésions au sein des cellules.
Les principaux radicaux libres sont présentés dans la figure 6 (Gardès-Albert et al., 2003; Kammeyer and Luiten, 2015):
-l’anion superoxyde (O2.-) est formé par la captation d’un électron par le dioxygène. Il est
produit au cours de réactions enzymatiques survenant sur la chaine respiratoire, soit comme conséquence de l’action de différents facteurs exogènes (radiations, produits chimiques). C’est un radical à la fois réducteur et oxydant.
-le peroxyde d’hydrogène (H2O2) formé par dismutation du radical superoxyde, et joue un rôle
majeur dans le stress oxydant en réagissant avec des ions ferreux.
-le radical hydroxyle (HO.) ; les ions ferriques transforment le peroxyde d’hydrogène en radical hydroxyle. La cible privilégiée de ces radicaux est la membrane plasmique, riche en acides gras polyéthyléniques insaturés qui sont oxydés par les ROS en radical péroxyle.
-le radical péroxyle (ROO.) est un radical secondaire issu de l’oxydation de substrat comme les
lipides (R.), initiés par 1O
31 des mitochondries, les flux ioniques de la cellule, l’activation de récepteurs et les membranes cytoplasmiques.
-l’oxygène singulet (1O
2) provient de l’excitation du dioxygène par les UVA. Il cible
principalement les membranes, les protéines et l’ADN.
Figure 6: Espèces réactives de l’oxygène adapté de (Ruttkay-Nedecky et al., 2013)
II.2.1.2 Les altérations de l’ADN
Les radicaux libres génèrent un stress oxydatif au niveau de l’ADN génomique ou mitochondrial créant des altérations de l’ADN simple ou double brins. Ces lésions peuvent être restaurées par des mécanismes de réparation de l’ADN (II.3.2) mais lorsque cela n’est pas possible, les mutations induites peuvent entrainer l’apoptose ou conduire à la transformation cellulaire (Wei, 1998; Yaar et al., 2002). Les principaux types de cassures observés sont les coupures des chaînes nucléotidiques (simple ou double brins), des adduits covalents et la modification, suppressions ou mutation de bases azotées et des nucléotides (D’Orazio et al., 2013; Schuch et al., 2017).
II.2.1.3 La glycosylation spontanée, non enzymatique des protéines
D’après la réaction de Maillard, une molécule de sucre et un groupement aminé réagissent pour former une base de Schiff. Il y a alors création d’une liaison cétoamine par glyco-oxydation (qui constitue le produit de glycosylation). Finalement les molécules glyqués créent des liaisons irréversibles (AGE, Avanced Glycation End products). C’est un phénomène spontané qui s’accumule avec le temps.
Au niveau de la peau, les molécules les plus touchées sont les protéoglycanes, le collagène, l’élastine et les glycoprotéines du derme, entrainant une rigidification des fibres et une perte de souplesse de la peau (Jeanmaire et al., 2001).
32 II.2.1.4 L’oxydation des protéines
Les ROS peuvent altérer directement les protéines des cellules. Ils oxydent les groupements thiols (cystéines) qui se traduisent par la formation de ponts disulfures et les groupements carboxyles (lysine, arginine, proline et thréonine). La modification d’acides aminés induit des défauts fonctionnels des protéines et des enzymes (Kammeyer and Luiten, 2015; Sander et al., 2002).
II.2.1.5 La dégradations des fibres dermiques
Avec le temps, les ROS vont réagir avec les groupements sulfures ou liaisons insaturées des protéines. Au niveau du derme, ils entrainent une dépolymérisation du collagène, de l’élastine et de l‘acide hyaluronique. Ils activent également la voie des MAP kinases par l’intermédiaire d’AP-1 ou la voie de signalisation de l’arylhydrocarbone (AhR) qui active les métalloprotéinases (MMP) (Rittié and Fisher, 2002). Les MMP sont des enzymes qui dégradent les fibres de la matrice extracellulaire. De plus, les ROS induisent la forme lattente, inactive, de TGF-β entrainant la diminution de la synthèse de collagène I et III (Beylot, 2016). Tous ces processus expliquent la détérioration générale du derme au cours du temps ou lors d’une exposition répétée à des polluants ou UV.
II.2.1.6 La lipoperoxydation
La lipoperoxydation correspond à l’oxydation de lipides, comme l’acide arachidonique ou linoléique, par les radicaux hydroxyles, péroxyles et hydroperoxyles. L’action des radicaux libres sur les lipides des membranes des cellules entraine un défaut d’intégrité des cellules. Cette oxydation est notamment visible par l’accumulation d’un pigment, la Lipofuscine provoquant l’apparition de taches brunes chez les personnes âgées (Niki, 2015; Skoczyńska et al., 2017).
II.2.2 Les altérations spécifiques du vieillissement chronologique
Des analyses morphométriques et histologiques de la peau ont montré qu’il y avait une diminution de l’épaisseur de l’épiderme avec l’âge (Figure 7). Une perte par décennie de 7,2% chez l’homme et 5,7% chez la femme a été quantifiée (Branchet et al., 1990). Cette diminution provient du ralentissement du renouvellement cellulaire de la couche basale se répercutant au niveau des kératinocytes différenciés. Les kératinocytes sont moins sensibles aux facteurs de croissance mais à l’inverse leur sensibilité aux inhibiteurs de croissance tel que l’interféron
33 gamma (IFN-γ) est augmentée. Les kératinocytes montrent un processus altéré de différenciation terminale. (Gilchrest and Yaar, 1992) Au niveau de la couche basale, une diminution du nombre de mélanocytes de 10 à 20% par décennie dès 30 ans est observée (Yaar et al., 2002).
Figure 7: Comparaison de l’épiderme (a) d’une peau jeune et (b) d’une peau âgée.(Beylot, 2009)
Par ailleurs, la composition des lipides de la couche cornée varie et leur quantité diminue (Denda et al., 1993). D’un point de vue clinique la peau est amincie et plus déshydratée.
Chez le sujet âgé, le microrelief cutané montre une accentuation des sillons principaux et une diminution de leur densité. Une des caractéristiques est l’orientation monodirectionnelle de ces rides (Figure 8). Le réseau secondaire tend à disparaître et la surface cutanée est plate entre les lignes primaires (Lagarde et al., 2005b).
Figure 8: Comparaison du microrelief entre une peau jeune et une peau âgée (Latreille et al., 2004).
Avec l’âge, la jonction dermo-épidermique s’aplatit (Figure 7). Ceci est lié à la diminution des fibres d’élastine du derme papillaire et à une altération de l’expression des intégrines, du collagène IV et de la laminine 5 qui forment les hémidesmosomes. L’aplatissement de la membrane basale ainsi que la diminution des fibrilles d'ancrage sont responsables d'une diminution de la cohésion dermo-épidermique (Beylot, 2009).
34 Au cours du vieillissement, un déséquilibre de trois paramètres, intervenant dans l’homéostasie du derme, est observé : (i) la synthèse de macromolécules de la matrice extracellulaire, (ii) les protéinases qui dégradent cette matrice et (iii) les inhibiteurs de ces enzymes. L’activité des métalloprotéinases MMP1, MMP2 et MMP3 est augmentée au cours du vieillissement chronologique. Ces enzymes sont responsables de la dégradation des fibres de collagène et d’élastine du derme. Leur inhibiteur, TIMP1, diminue dans les cellules sénescentes (Hornebeck, 2003). De manière concomitante, la synthèse des pro-collagènes de types I et III diminue (Figure 9) (Rittié and Fisher, 2002).
Au niveau clinique, l’affaissement du derme entraîne : (i) une accentuation des rides principales (Leveque et al., 1984) ; (ii) la perte de l’élasticité et (iii) une diminution de la résistance aux pressions mécaniques de la peau en raison de la rigidification de la peau (Ortonne, 2003).
Figure 9: Remodelage de la matrice extracellulaire avec l’âge (Naylor et al., 2011)
Lors du vieillissement de la peau, le nombre de glandes eccrines et apocrines diminue (environ 0.25% par an après 25 ans). Il y a une réduction de la densité par unité de surface de follicules pileux du cuir chevelu. L'excrétion de sébum et de sueur diminue avec l'âge, de même que la perception sensorielle et la thermorégulation (Fenske and Lober, 1986).
35
II.2.3 Les altérations spécifiques du vieillissement extrinsèque
II.2.3.1 Les effets du tabac
Au niveau du derme, un phénomène d’élastose est détecté. Il correspond à l’accumulation de l’élastine en amas sous forme fragmentée, qui en altère l’élasticité (Morita, 2007). La consommation de tabac augmente la production de radicaux libres qui vont dégrader les fibres du derme (comme décrit en II.1.1.4).
D’un point de vue biochimique, l’intoxication tabagique modifie le derme en causant un phénomène de pontage (cross-linking). Il y a création de liaisons covalentes entre les chaînes de collagène. L’élastose additionnée au cross-linking du collagène engendre une rigidification de la peau (Figure 10) (Morita, 2007).
Au niveau vasculaire, la nicotine induit une diminution de la perfusion cutanée en favorisant l’augmentation d’un vasoconstricteur puissant, la vasopressine sérique (Black et al., 2001; Schaller et al., 1984). L’altération de la vascularisation du derme diminue l’hydratation générale et retarde la cicatrisation de la peau.
La peau des fumeurs a un teint grisâtre et des rides profondes avec souvent des kystes et des comédons (Ernster et al., 1995). Les rides péribuccales sont très marquées et plus nettement sur la lèvre inférieure.
36 II.2.3.2 Les effets de la pollution
Des mécanismes variés interviennent dans le vieillissement des différents composés cutanés comme les processus oxydatifs, la glycation des protéines, la protéolyse non contrôlée et les lésions de l’ADN. Les agressions environnementales amplifient ces processus.
Les métaux contenus dans la pollution urbaine comme le plomb, le zinc, l’aluminium, le mercure, le chrome, le nickel, le cadmium et le béryllium interfèrent avec le métabolisme enzymatique cellulaire et cause des lésions de l’ADN par des phénomènes d’oxydation (Valacchi et al., 2012). L’ozone est plus particulièrement impliqué dans la peroxydation des lipides du
stratum corneum qui fragilise la barrière de la peau. L’ozone engendre également une
déplétion des vitamines E et C. Après une exposition deux fois supérieure à la normale comme dans la ville de mexico, le taux de vitamine E dans la couche cornée est diminué de 25%. L’ozone agit donc directement en créant des ROS réagissant avec les macromolécules (protéines, lipides, ADN) de la peau (comme nous l’avons vu au chapitre II.1.3).
Au niveau immunitaire, la stimulation continue par les agressions cutanées causées par des produits ou polluants initie un processus inflammatoire chronique et prédispose à des réactions d’intolérances (Mancebo and Wang, 2015).
Les effets cliniques spécifiques du vieillissement extrinsèque causé par la pollution sont difficiles à dissocier des autres facteurs du vieillissement.
Les particules fines associées aux hydrocarbures cycliques ainsi que les gaz rejetés par l’industrie sont acides et irritants. Les poussières chimiques ou naturelles (spores de champignon par exemple) peuvent déclencher des allergies de la peau. Certaines particules d’origine industrielle ou automobile peuvent être cancérigènes. Les dermatologues observent une augmentation de l’irritation cutanée liée au mode de vie urbain.
Les gaz rejetés par l’industrie, tels que l’ozone ou les oxydes d’azote, déclenchent des réactions d’irritation et des troubles respiratoires.
De façon générale, la pollution induit une acidification des couches supérieures et une modification des lipides de surface entrainant une diminution de l’hydratation. Il touche plus particulièrement les zones exposées comme les membres et le visage (Boisnic and Branchet, 2005a)
